Dirac electron behavior and NMR evidence for topological band inversion in ZrTe5
本文报道了拓扑量子材料ZrTe $_5$的$^{125}$ Te核磁共振测量结果。自旋-晶格弛豫结果表明，随着温度的升高，ZrTe $_5$的拓扑结构由弱拓扑绝缘体向强拓扑绝缘体转变，并与$T$有关.电子结构计算证实了这种顺序，与已经提出的相反。NMR结果表明，在我们的晶体中，在Lifshitz转变温度$T_c=85$ K处发生无隙狄拉克半金属态。我们证明，在$T_c$的NMR位移的变化也提供了直接的证据，带反转时发生的拓扑相变。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Inversion of ferrimagnetic magnetization by ferroelectric switching via a novel magnetoelectric coupling
尽管已经广泛地研究了几种多铁性材料/异质结构，但是找到用于磁化的电场控制的强磁电耦合仍然具有挑战性。在这里，一种新的界面磁电耦合的基础上的三个组件（铁电偶极子，磁矩，反铁磁秩序）解析制定。作为载流子介导的磁电效应的一种延伸，这种新的耦合被证明可以引起电-磁磁滞回线。提出了采用沿[ $111$ ]轴生长的BiFeO $_3$双层的实现。在不涉及磁相变的情况下，磁化取向可以通过由场效应驱动的载波调制来切换，如使用第一性原理计算所确认的。
2016-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The d-p band-inversion topological insulator in bismuth-based skutterudites
方钴矿是近年来引起人们极大兴趣的一类笼状晶体材料，它是重费米子超导、激子介导超导态和Weyl费米子等异常现象的孕育地。在这里，我们预测了一个新的拓扑绝缘体在铋基方钴矿，其中涉及的拓扑带反转过程中的能带是d-和p-轨道，这是不同于通常的拓扑绝缘体，例如在Bi 2 Se 3和Bi Te I中，涉及的拓扑带反转过程中的能带只有p-轨道。由于大d电子态的存在，这种拓扑绝缘体中的电子相互作用比其他传统拓扑绝缘体中的强得多。通过结合能计算、声子模式分析和有限温度分子动力学模拟验证了新材料的稳定性。这种新材料可以为器件提供接近零电阻率的信号电流，有望在自旋电子学器件中得到应用。
2014-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Momentum-inversion symmetry breaking on the Fermi surface of magnetic topological insulators
磁性拓扑绝缘体（MnBi $_2$ Te $_4$）（Bi $_2$ Te $_3$）$_n$被预期表现出磁能隙，而最近的光谱研究没有观察到它们。因此，地球表面的磁性仍在争论之中。在这项工作中，我们提出了另一个对称性标准来探测表面磁性。由于同时存在时间反演的自旋破缺和反转的自旋破缺，我们证明了表面能带结构违反了动量反转对称性，如果相应的表面态与表面磁性强耦合，则费米表面将出现三重而不是六重旋转对称性.对于（0001）面上的表面带，这种动量反转对称性破坏沿$Γ-K$方向是显著的。
2022-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast switching of topological invariants by light-driven strain
本研究针对机械应变调控拓扑不变量易断裂、不适用于高速操作的问题，利用光驱动应变在Bi₂Se₃中实现拓扑不变量超快切换，可通过光强调控相变序列，为高速拓扑开关应用奠定基础。
2023-06-16 cond-mat.mtrl-sci
A new class of topological insulators from I-III-IV half-Heusler compounds with strong band inversion strength
本文通过第一性原理计算，系统地研究了一类新的半Heusler族的能带拓扑，其组成为I（A）-III（A）-IV（A）.结果清楚地表明，许多I-III-IV半Heusler化合物实际上是有希望的拓扑绝缘体候选者。这些新的拓扑绝缘体的特征在于不含重元素的天然强带反转强度（高达-2eV）。此外，我们发现，带反转强度和拓扑绝缘间隙可以通过应变工程定制，因此将以薄膜的形式外延生长，并在自旋电子学和其他应用中有用。
2013-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Laser-Induced Topological Toggle Switching at Room Temperature in the van der Waals Ferromagnet Fe3GaTe2
University College London（伦敦大学学院）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；University of Exeter（埃克塞特大学）；The University of Edinburgh（爱丁堡大学）
研究通过激光脉冲在Fe3GaTe2中实现室温拓扑自旋纹理切换，揭示激光加热冷却机制，为非易失性存储应用提供新途径。
2025-07-18 cond-mat.mtrl-sci
A conductive topological insulator with colossal spin Hall effect for ultra-low power spin-orbit-torque switching
利用重金属和拓扑绝缘体中的自旋霍尔效应（SHE）实现自旋-轨道-转矩（SOT）开关在超低功耗磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。为了与传统的自旋转移矩（STT）开关竞争，需要具有大自旋霍尔角（$θ_{SH}$ > 1）和高电导率（$σ > 10^5 Ω^{-1}m^{-1}$）的纯自旋电流源。在这里，我们展示了这样一个纯自旋电流源：BiSb薄膜与$σ{\sim}2.5*10^5 Ω^{-1}m^{-1}$，$θ_{SH}{\sim}52$，和自旋霍尔电导率$σ_{SH}{\sim}1.3*10^7 {\hbar}/2eΩ^{-1}m^{-1}$在室温下。我们表明，BiSb薄膜可以在Bi $_{0.9}$中产生2770 Oe/（MA/cm $^2$）的巨大自旋轨道场和低至1.5 MA/cm $^2$的临界开关电流密度。Sb $_{0.1}$ / MnGa双层。BiSb是拓扑绝缘体首次工业应用的最佳候选材料。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Bulk band inversion and surface Dirac cones in LaSb and LaBi : Prediction of a new topological heterostructure
我们用\textit{ab initio}方法研究了LaSb和LaBi的体相和表面能带结构，并以LaBi为参考，解决了目前关于LaSb拓扑性质的分歧。我们检查的散装能带结构带反转，随着表面狄拉克锥（如果有的话）的稳定性，以保持时间反演扰动，作为一个强有力的诊断测试确定的拓扑性质的LaSb，LaBi和LaSb-LaBi多层。对由LaSb和LaBi的交替晶胞组成的多层的详细\textit{ab initio}研究表明，在体中存在带反转，在（001）表面上存在无质量狄拉克锥，其在时间反演保持扰动的影响下保持稳定，从而证实了多层的拓扑非平凡性质，其中电子性质可以根据要求进行定制。进行详细的$\mathbb{Z}_2$不变量计算以得出整体结论。
2018-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Stain-Induced Band Inversion and Topological Nontriviality in Antimonene
锑烯是在最近的文献中提出的V族元素的新型二维（2D）半导体材料[Zhang等人，Angew.国际版54，1-5（2015）]。利用第一性原理计算，我们证明了锑烯的屈曲构型使其能够承受高达20%的大拉伸应变。当拉伸应变大于14.5%时，在Gamma点附近发生能带反转，导致布里渊区出现六个倾斜的狄拉克锥。自旋-轨道耦合（SOC）效应在Dirac点处打开了一个拓扑非平凡的体带隙，表现出二维拓扑绝缘体的特征，其特征在于非零的Z2拓扑不变量.锑烯具有101-560 meV的可调带隙，是一种在高温下实现量子自旋霍尔效应（QSH）的理想材料，可满足未来低功耗电子器件的需求。
2015-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast laser driven ferromagnetic-antiferromagnetic skyrmion switching in 2D topological magnet
本文利用第一性原理、rt-TDDFT和原子自旋模拟，揭示了激光诱导单层CrInSe3发生显著电荷转移与磁交换切换，实现了二维拓扑磁体中铁磁至反铁磁斯格明子的超快反转，为拓扑磁性的超快控制提供了新方法。
2024-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional weak-type topological insulators in inversion symmetric crystals
Su-Schrieffer-Heeger（SSH）链是由两个二聚子晶格组成的一维晶格。最近，Zhu，Prodan，and Ahn（ZPA）在[L. Zhu，E. Prodan和K. H. Ahn，Phys. Rev. B \textbf{99}，041117（2019）]，一维平坦带可以出现在SSH链的二维阵列的拓扑结构域壁处。在这里，我们新提出了一个二维的拓扑绝缘体，是由反转和时间反演对称性没有自旋轨道耦合的保护。结果表明，二维SSH链实现了所提出的拓扑绝缘体。利用第一个Stiefel-Whitney数，一个弱类型的$\mathbb{Z}_2$拓扑指数的发展，它识别建议的拓扑绝缘体，被称为二维Stiefel-Whitney绝缘体（2DSWI）。采用ZPA模型研究了体系的拓扑相图和拓扑相变。研究发现，相变是通过无质量狄拉克点的形成而发生的，这些狄拉克点环绕着整个布里渊区。我们认为，这种非常规的拓扑相变是一个典型的2DSWI的功能，表现为一维畴壁状态。从我们的工作中获得的新见解可以帮助实现固态系统中的拓扑平坦带的努力。
2022-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Topological band inversion in HgTe(001): surface and bulk signatures from photoemission
碲化汞是一种多用途的拓扑材料，并且已经能够实现各种拓扑状态，包括二维和三维（3D）拓扑绝缘体和拓扑半金属。然而，它的电子结构的定量理解仍然具有挑战性，特别是由于耦合的碲5p衍生价电子汞5d核心状态在浅结合能。基于角分辨光电子能谱学和密度泛函理论，我们对应变碲化汞（001）薄膜在三维拓扑绝缘区的电子结构进行了实验和理论研究.结果建立详细的协议方面的（一）电子能带色散和轨道对称性，（二）表面和散装贡献的电子结构，及（三）汞5d国家的重要性，在价带形成。在理论的支持下，我们的实验直接成像的HgTe的范式带反转，其非平凡的能带拓扑结构的基础。
2022-12-11 cond-mat.mtrl-sci
On the nature of the band inversion and the topological phase transition in (Pb,Sn)Se
最近发现的拓扑相变在IV-VI窄隙半导体振兴了几十年来的兴趣，在这些材料中发生的体带反转。本文用角分辨光电子能谱学方法，在0 <= x <= 0.37和300 K >= T >= 9 K的参数空间内，系统地研究了Pb{1-x}Sn{x}Se混晶的（001）表面态。利用表面态观测，我们直接监测该固溶体中的拓扑相变，并获得有关系统基本带隙演变的有价值的信息。与常见的模型预期相反，带隙演化似乎是非线性的，作为所研究的参数的函数，导致测量的不连续带反转过程。这一发现表明，预期的无间隙体状态实际上是不是一个稳定的配置，因此，拓扑相变表现出类似于一级转变的功能。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Bulk Signatures of Pressure-Induced Band Inversion and Topological Phase Transitions in Pb$_{1-x}$Sn$_x$Se
拓扑绝缘体的特性表现在其表面和体相两个方面，但后者仍有待探索。在这里，我们报告了大量的压力引起的带反转和拓扑相变的签名在铅$_{1-x}$锡$_x$硒（$x=$ 0.00，0.15，和0.23）。作为压力的函数的红外测量的结果表明，带隙的关闭和重新打开，以及在自由载流子光谱权重的最大值。拓扑相带隙附近态密度的增强导致了带间吸收边的陡峭。态密度的变化也产生一个最大的费米能级的压力依赖性。因此，我们的结论性的结果提供了一个一致的图片的压力诱导的拓扑相变，并突出了大规模起源的新性质的拓扑绝缘体。
2014-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Inversion Asymmetric Topological Insulators in Functionalized III-Bi Bilayers
对反转非对称拓扑绝缘体（IATI）的研究一直是实现新拓扑现象的一个有效途径。然而，因此，只有少数IATI已被发现，并没有IATI表现出超过0.6 eV的大带隙。利用第一性原理计算，我们预测了一系列新的IATI的饱和III-Bi双层膜。我们表明，所有这些IATI保持非常大的散装带隙，远高于室温，允许在室温自旋电子器件中的可行应用。更重要的是，这些系统中的大多数显示出远远超过0.6 eV的大的体带隙，其中一部分甚至高达~1 eV，这比以往报道的任何IATI都要大。这些系统中的非平凡的拓扑情况被确认的能带结构的带反转和明确的演示的拓扑边缘状态。有趣的是，非平凡的带阶特性是大多数这些材料所固有的，并且不受自旋轨道耦合的影响。由于它们的非对称结构，在这些体系的价带和导带中都产生了显著的Rashba自旋劈裂。这些预测有力地恢复了这些新系统作为基于IATI的新颖应用的优秀候选者。
2015-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Inversion symmetry protected topological insulators and superconductors
三维拓扑绝缘体是一类具有强的无隙边界激发的量子相，它受到时间反转、电荷守恒和自旋旋转对称等全局对称性的保护.在这项工作中，我们系统地研究了另一类拓扑相位的弱相互作用的电子保护的空间反演对称性，通常不支持稳定的无隙边界状态。我们在K理论的框架下对这些反转对称的拓扑绝缘体和超导体进行了分类，并构造了它们的晶格模型。我们还讨论了这些反转保护的拓扑相位，这是他们的实验签名的量化响应函数。
2014-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The enabling electronic motif for topological insulation in ABO3 perovskites and its structural stability
稳定的氧化物拓扑绝缘体（TI）可以将传统的氧化物功能与TI的无耗散表面态结合在一起，但多年来一直没有找到，然而，更重的硫属化物（硒化物，碲化物）很容易被发现是TI。我们在这里澄清的基本矛盾之间的TI性和稳定性是最大的氧化物，并跟踪必要的基本设计原则，以确定稳定的TI的机会窗口。我们首先确定的电子基序，可以实现拓扑带反转（“拓扑基因”）在ABO 3作为一个孤对电子丰富的B原子（如Te，I，Bi）的八面体网站。然后，我们说明，筛选不佳的氧化物系统与大反转能量可以进行能量降低原子扭曲，消除带反转。我们确定了TI功能和结构稳定性的共存窗口，不同的压力，并发现常见的立方ABO 3结构的反转能量位于此共存窗口之外，在零压力，但可以移动到共存窗口在中等压力。我们的研究证明了拓扑能带反转和结构稳定性之间的相互作用，并跟踪在环境压力下设计稳定的氧化物拓扑绝缘体所需的基本原则。
2017-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between point defects and vertical inversion domain walls in wurtzite AlN
Université de Toulouse, CNRS, CEMES（图卢兹大学，法国国家科学研究中心，材料科学与化学研究所）；Smart Ferroic Materials Center, Physics Department and Institute for Nanoscience and Engineering, University of Arkansas（阿肯色大学智能铁电材料中心、物理系与纳米科学与工程研究所）；Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, CNRS, Laboratoire SPMS（巴黎萨克雷大学，中央理工-高等电力学院，法国国家科学研究中心，SPMS实验室）；Department of Materials Science and Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学材料科学与工程系）；CEMES-CNRS, Université de Toulouse（材料科学与化学研究所-法国国家科学研究中心，图卢兹大学）
通过第一性原理计算，研究了纤锌矿AlN中垂直反转畴壁附近孤立点缺陷的稳定性，发现缺陷在畴壁处更稳定，且不同缺陷对极化翻转中畴壁位移有相反影响，并讨论了缺陷对漏电流和铁电性能退化的作用。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulators in Hexagonal Wurtzite-type Binary Compounds
基于第一性原理计算，我们在六方纤锌矿型二元化合物中提出了新的拓扑绝缘体。结果表明，AgI和AuI是三维拓扑绝缘体，在费米能级上具有自然开的带隙。从能带反转机制的角度来看，这类新的拓扑绝缘体与HgTe类似，具有s（γ 6）- p（γ 8）能带反转。我们的研究结果有力地支持了自旋轨道耦合不是能带反转机制的一个重要因素，相反，它是导致所研究的拓扑绝缘体形成全局带隙的主要原因.我们进一步从理论上探索了用两种类型的菌株调整所研究化合物的拓扑顺序的可行性。结果表明，单轴应变对能带反转行为有着极其显著的影响，这为诱导拓扑相变提供了一条有效途径。
2013-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Highly Tunable Band Inversion in AB2X4 (A=Ge, Sn, Pb; B=As, Sb, Bi; X=Se, Te) Compounds
到目前为止，拓扑材料主要是通过在晶体学数据库中搜索现有的化合物来发现的，但是有潜在的具有所需特征的新拓扑材料尚未合成。理想的特征之一是由具有非常小的直接带隙的带反转导致的高可调谐性，其可以通过压力或应变的变化来调谐以诱导拓扑相变。用密度泛函理论计算了AB_2X_4系列七层化合物，其中A=（Ge，Sn，Pb），B=（As，Sb，Bi），X=（Se，Te）.通过对这些系列化合物的DFT热力学稳定性的验证，我们预测了新的稳定的Se化合物，这些化合物在晶体学数据库中没有发现。其中，我们发现GeBi_2Se_4和GeSb_2Se_4在Z点处具有小的直接带隙，非常接近于强拓扑绝缘体，可以通过适当的压力来调谐，从而诱导带反转。重要的是，具有小的直接带隙的拓扑特征在动量和能量窗口中被很好地隔离，这为研究拓扑相变提供了高的可调谐性。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Non-necessity of band inversion process in 2D topological insulators for bulk gapless states and topological phase transitions
在通常采用的2D拓扑绝缘体模型中，众所周知，体无带隙态形成在能带反转点处，在该点处，态的简并性受到对称性的保护。因此，有时很容易考虑这种特性，即无隙态的出现，是在对称性保护下的能带反转过程的结果。类似地，带反转过程甚至可能被认为是诱导2D拓扑相变所必需的。为了澄清这些误导的观点，我们提出了一个简单的模型与灵活的陈数来证明，散装无带隙状态出现在拓扑相变的相边界，尽管没有带反转过程。此外，体无间隙状态不需要出现在由对称性保护的特殊$k$点处。鉴于这些基本的\textit{conceptual}问题的重要性及其广泛的影响，我们的澄清应该产生强烈的普遍利益和重大影响。此外，我们的一般模型的简单性和灵活性与任意陈数应证明有用的广泛的未来研究的拓扑状态的物质。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large gap two dimensional topological insulators: bilayer triangular lattice TlM (M = N, P, As, Sb)
基于密度泛函理论和Berry曲率计算，我们预测了在一系列二维双层蜂窝TlM（M = N，P，As，Sb）中可以实现p-p带反转型量子自旋霍尔效应（QSHE），对于低能电子，这种双层蜂窝TlM可以有效地等效为双层三角晶格.进一步的拓扑分析表明，M原子的pz-和px，y之间的能带反转对TlM的非平凡拓扑性质有贡献.带反转与自旋轨道耦合无关，这与传统的拓扑绝缘体（TI）不同。构造了一个基于三角格点的紧束缚模型来描述系统中的QSH态。除了有趣的二维三角晶格$p-p$型拓扑机制反转外，系统的最大局域带隙可达550 meV（TlSb），这为未来的室温量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）提供了新的选择。随着van der Waals钝化技术的发展，结合六方晶系材料，如h-BN，TlMs在未来的二维拓扑电子器件中显示出巨大的潜力。
2016-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon coupling and a resonant-like optical observation of a band inversion in topological crystalline insulator Pb$_{1-x}$Sn$_x$Se
测量了Pb $_{0.865}$ Sn $_{0.135}$ Se和Pb $_{0.75}$ Sn $_{0.25}$ Se固溶体在40 K ~ 280 K温度范围内，体光学声子激发能量对应的THz光谱区的光学反射率.对Pb $_{0.75}$ Sn $_{0.25}$ Se数据的动态介电函数分析揭示了一种新的效应，这是由于电子-声子耦合导致的，当能隙等于零或等于LO声子能量时，LO声子频率发生共振变化。这种效应对于Pb $_{0.865}$ Sn $_{0.135}$ Se是不存在的，它们在所有温度下都表现出具有平凡能带有序的开放能隙。这些结果表明，在太赫兹范围内的反射率构成了一个通用的实验方法，用于精确测定带反转的窄隙拓扑材料。对于Pb $_{0.75}$ Sn $_{0.25}$ Se，在温度T $_0$ =（172 $\pm$ 2）K时发生从平凡绝缘体到拓扑晶体绝缘体相的转变。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles investigation of band inversion in topologically nontrivial Na2AgX (X= As, Sb and Bi) full Heusler compounds
拓扑非平凡性是凝聚态物理中最新发现的物理现象，具有绝缘的体能带隙和拓扑保护的金属表面态，因其独特的性质和潜在的应用前景而成为当前研究的热点之一。本文采用全势能线性Muffin-Tin轨道（FP-LMTO）方法，对Na ${}_{2}$ AgX（X= As，Sb，Bi）全Heusler化合物的结构稳定性和电子行为进行了第一性原理研究.我们认为Hg ${}_{2}$ CuTi结构适用于所有研究的材料。计算的形成能的负值意味着这些化合物是能量稳定的。能带结构的研究有关的存在和不存在的自旋轨道耦合，其中所有的材料被证明是拓扑非平凡的化合物的两种情况下。自旋轨道耦合被注意到有没有显着的电子性质，如拓扑顺序的影响。
2021-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Magnon-mediated perpendicular magnetization switching by topological crystalline insulator SnTe with high spin Hall conductivity
本研究在室温下利用拓扑晶体绝缘体SnTe的高自旋霍尔电导率产生磁振子流，穿过NiO层对CoFeB施加磁振子力矩，实现垂直磁化低功耗翻转，功耗较Bi2Te3对照样品降低22倍。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Observation of universal topological magnetoelectric switching in multiferroic GdMn2O5
本文报告了多铁GdMn2O5中拓扑磁电开关的同步磁电循环操作，相比纯磁循环可在更宽参数空间实现且持续至居里温度，其拓扑行为源于自由能景观的精细调控。
2025-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room temperature magnetization switching in topological insulator-ferromagnet heterostructures by spin-orbit torques
具有自旋动量锁定拓扑表面态的拓扑绝缘体（TI）在TI/铁磁体系统中表现出巨大的自旋轨道矩（SOT）。到目前为止，TI SOT驱动的磁化开关仅在1.9 K的Cr掺杂TI中报道。在这里，我们直接显示了巨大的SOT驱动的磁化翻转Bi 2Se 3/NiFe异质结在室温下捕获使用磁光克尔效应显微镜。我们确定了一个大的电荷自旋转换效率为~1-1.75的薄TI膜，其中TSS是占主导地位的。此外，我们发现磁化翻转所需的电流密度非常低，约为6x10^5 A cm-2，比重金属小一到两个数量级。我们的示范室温磁化开关的传统的3D铁磁体使用Bi 2Se 3可能会导致潜在的创新TI为基础的自旋电子应用。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disorder-Induced Weyl Semimetal Phase and Sequential Band Inversions in PbSe-SnSe Alloys
拓扑系统的搜索最近已经扩大到包括随机置换合金，它缺乏特定的晶体对称性，保护拓扑相，提出了拓扑性质是否可以保存，或被修改的无序的问题。为了解决这个问题，我们避免了一开始就假设高（平均）对称性的方法，而是使用完全原子的合金拓扑描述。PbSe-SnSe合金的应用表明，拓扑结构以一种有趣的方式存在：（a）空间随机性消除了谷简并（分裂大于150 meV），导致分裂谷分量在一系列组成上的顺序反转;（b）不存在反转提升自旋简并，导致Weyl半金属相而不需要外部磁场，这是意想不到的结果，假设合金组成化合物是反转对称的。(a)以及（b）支持低对称性下的拓扑物理学，并完成对正常-拓扑绝缘体转变内的可能拓扑相的缺失理解。
2019-03-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultrahigh efficient spin-orbit torque magnetization switching in all-sputtered topological insulator - ferromagnet multilayers
具有大垂直磁各向异性的铁磁体的自旋轨道力矩（SOT）磁化翻转在下一代非易失性磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。这就需要一个高性能的纯自旋电流源，具有大的自旋霍尔角和高的电导率，这可以通过大规模生产技术制造。在这项工作中，我们证明了高效和强大的SOT磁化开关在所有溅射的BiSb拓扑绝缘体垂直磁化Co/Pt多层膜。尽管通过工业友好的磁控溅射而不是实验室分子束外延来制造，但是拓扑绝缘体层BiSb显示出$θ$ $_{SH}$ = 12.3的大自旋霍尔角和$σ$ = 1.5 x $10^5$ $Ω^{-1}$ m $^{-1}$的高电导率。我们的研究结果证明了BiSb拓扑绝缘体用于实现超低功耗SOT-MRAM和其他基于SOI的自旋电子器件的大规模生产能力。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent multistate switching of topological antiferromagnetic order in Mn$_3$Sn
利用自旋-轨道矩对反铁磁有序的操纵为利用自旋电子器件中的反铁磁动力学提供了前所未有的机会。在这项工作中，我们研究了电流感应开关的磁八极矢量外尔反铁磁体Mn $_3$ Sn作为脉冲形状，字段，温度和时间的函数。我们发现，开关行为可以是双稳态或三稳态依赖于电流脉冲的时间结构。时间分辨霍尔效应测量表明，Mn $_3$ Sn开关通过两步退磁-再磁化过程引起的自加热超过几十ns的时间尺度，然后在自旋轨道转矩的存在下冷却。我们的研究结果揭示了开关动力学的Mn $_3$ Sn，并证明其开关速度的外在限制的存在。
2022-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological states between inversion symmetric atomic insulators
拓扑绝缘体的特征之一是其体拓扑不变量的值与在有限尺寸样本中观察到的拓扑保护边缘模式的数目之间的对应关系。这种体-边界对应关系已经被很好地测试为强拓扑不变量，并形成了所有拓扑学技术应用的基础。在这里，我们报告说，一组弱拓扑不变量，这只取决于原子晶格的对称性，也诱导一种特殊类型的体边界对应。它预测的存在或不存在的两个反转对称带绝缘体之间的界面上的状态本地化与平凡的值为他们的强不变量，基于空间群表示的频带上的任何一方的结。我们表明，这对应于基于拓扑材料的分类。接口模式通过带拓扑和接口对称性的组合来保护，并且可以用于基于异质结的器件中的拓扑传输和信号操纵。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive Sub-monolayer Palladium Induced Chirality Switching and Topological Evolution of Skyrmions
手性自旋纹理从根本上是有趣的，与许褚的应用。稳定的手性通常通过在不对称多层膜中引入Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）来实现，其中每层的厚度至少是几个单层。在这里，我们报告了一个超灵敏的手征开关（Ni/Co）n多层诱导盖帽只有0.22单层的Pd。使用自旋极化低能量电子显微镜，我们监测域壁从左手到右手尼尔墙的逐渐演变，并量化的Pd帽层引起的氧化。我们还观察到的手征演变的skyrmion在开关，没有显着的拓扑保护被发现作为skyrmion绕组数的变化。这对应于在Skyrmion手征切换期间< 1阿焦耳的最小能量成本。我们的结果显示了详细的手征性的演变过程中的Skyrmions的符号开关，这是相关的实际应用的Skyrmionic器件。
2022-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological currents in black phosphorus with broken inversion symmetry
我们研究黑磷的拓扑电流的性质时，它的反转对称性被故意打破。这里，导带和价带边缘位于矩形布里渊区的$Γ$点，并且它们沿其两个晶轴表现出强的各向异性。我们将在下面展示，这些显著的特征导致线性横向中性拓扑电流，同时伴随着费米表面的非线性横向电荷电流。当面内电场沿Z字形晶轴方向施加时，拓扑电流最大，沿扶手椅方向为零。
2015-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transport evidence of robust topological surface state in BiTeCl single crystals, the first strong inversion asymmetric topological insulator
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）是量子物质的新形式，其特征在于其绝缘体态和奇异的金属表面态，其承载螺旋狄拉克费米子1 -2。最近，BiTeCl，极性半导体之一，已被角分辨光电子能谱发现是第一个强反转非对称拓扑绝缘体（SIATI）。与先前发现的具有反转对称性的3D TI相比，SIATI有望表现出新颖的拓扑现象，包括晶体表面依赖的拓扑表面态、本征拓扑pn结以及热电和拓扑磁电效应3。在这里，我们报告的强大的拓扑表面状态的SIATI BiTeCl通过观察Shubnikov-de Haas（SdH）振荡，表现出的费米面和π Berry相位的2D性质的第一个运输证据。在B处观察到拓扑表面态的n = 1朗道量子化。费米能级仅比狄拉克点高58.8 meV，有效质量为0.055me，迁移率为4490 cm ~ 2·s ~（-1）。我们的研究结果将为未来其他新拓扑现象的输运探索和强反转非对称拓扑绝缘体的潜在应用铺平道路。
2014-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Precise determination of critical points of topological phase transitions via shift current in two-dimensional inversion asymmetric insulators
临界点的精确确定是提取各种相变临界性质的基础。我们确定，对于二维反演非对称绝缘体，有和没有时间反转对称，拓扑相变发生时，所有非零分量的带边位移电流张量将扭转其符号以奇异的方式，无论什么现实值的温度。带边位移电流张量的这种显著的符号反转行为可以用来精确地确定各种拓扑相变的临界点，即使是温度驱动的相变。我们建议用具体的材料来检验我们的预测。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Corner states and topological transitions in two-dimensional higher-order topological sonic crystals with inversion symmetry
研究了具有反演对称性的宏观二维声波晶体，揭示了经典波系中的高阶拓扑物理。通过调整单个几何参数，可以同时控制体和边缘的能带拓扑。体带隙形成拓扑晶体绝缘体的声学模拟，其具有由于边缘上的对称性减少而带隙的边缘状态。在镜像对称的情况下，边缘态的能带拓扑可以用Zak相位来表征，这说明了能带拓扑在维度层次中的存在，这是高阶拓扑的核心。此外，边缘带隙可以在不关闭体带隙的情况下关闭，揭示了边缘上的独立拓扑转变。体布里渊区和表面布里渊区高对称点的对称本征值可以很好地描述体布里渊区和边缘布里渊区丰富的拓扑跃迁。我们进一步分析了高阶拓扑结构的收缩声波晶体略有不同的物理，但更丰富的角落和边缘的现象被揭示。在这些系统中，通过控制几何形状，可以利用丰富的多维拓扑转换在零维、一维和二维声学模式之间进行拓扑转换。
2020-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching of Charge-Current-Induced Spin Polarization in the Topological Insulator BiSbTeSe2
电荷电流诱导自旋极化是拓扑绝缘体在自旋电子学中应用的一个关键性质。然而，拓扑表面状态预计只会产生一种类型的自旋极化为一个给定的电流方向，这一直是自旋操纵的限制因素。在这里，我们报告说，在基于体绝缘拓扑绝缘体BiSbTeSe 2的设备中，观察到一个意想不到的自旋极化开关时，改变化学势。在重电子掺杂的设备中检测到预期的自旋极化的拓扑表面状态，而相反的极化可重复地观察到低载流子密度的设备。我们建议，后一种类型的自旋极化源于拓扑平凡的二维状态与一个大的Rashba自旋分裂，这是由一个强大的带弯曲的BiSbTeSe 2的表面下的铁磁电极用作自旋检测器。这一发现为在未来的拓扑自旋电子器件中实现“自旋晶体管”操作铺平了道路。
2016-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Magnetoelectric Switching on the Atomic Scale
MnBi 2 Te 4系列的内禀磁性拓扑绝缘体有望实现轴子绝缘体，轴子绝缘体是一种理论上预测的能够相互转换电信号和磁信号的物质状态，其性质令人想起宇宙学的轴子暗物质。在这里，我们报告的第一个实验实现的室温轴子单自旋开关的拓扑超材料MnBi2Te3。在扫描隧道显微镜（STM）实验中，通过使用STM针尖去除MnBi2Te4表面的Te原子层，原位产生了超材料。室温STM研究MnBi2Te3揭示了原子尺度的变化交换间隙和形成纳米级自旋气泡钉扎在亚表面缺陷。我们发现，利用STM针尖的局部电场，MnBi_2Te_3中的单个自旋态可以被可逆地转换，其磁电响应与理论预测的轴子绝缘体的响应相当。所观察到的拓扑表面磁性显着高于体Néel温度。
2020-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Band Inversion and Chiral Majorana Mode in Hcp Thallium
本研究通过非经验计算发现六方密堆积铊具备承载手性马约拉纳模式的理想电子态，其表面狄拉克点靠近费米能级，小塞曼场即可诱导拓扑相变，为马约拉纳费米子研究提供新平台。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Unconventional topological phase transition in two-dimensional systems with space-time inversion symmetry
研究了具有时间反转和二重旋转对称性的二维系统中正常绝缘体和量子自旋霍尔绝缘体之间的拓扑相变。与通常预测的两个绝缘体之间的直接跃迁的普通时间反演不变系统的情况相反，我们发现具有额外的二重旋转对称性的系统中的拓扑相变由两个绝缘体之间的紧急稳定的二维Weyl半金属相介导。在这里，所谓的时空反演对称性扮演了核心角色，时间反演对称性和双重旋转对称性的结合，即使在存在强自旋轨道耦合的情况下，也能保证2D外尔点周围的Berry相位量子化。配对创建/配对湮灭的Weyl点伴随着不同对之间的合作伙伴交换引起的二维$Z_{2}$拓扑不变量的跳跃，导致拓扑相变。根据我们的理论，HgTe/CdTe量子阱结构中的拓扑相变是由一个稳定的二维Weyl半金属相介导的，因为量子阱本身缺乏反转对称性，关于生长方向具有双重旋转。也就是说，HgTe/CdTe量子阱可以在正常绝缘体和量子自旋霍尔绝缘体之间的HgTe层厚度的小但有限的间隔内显示2D Weyl半金属行为。我们还提出，垂直电场下的少层黑磷是另一个观察非常规拓扑相变机制的候选体系，该机制伴随着由时空反演对称性保护的二维Weyl半金属相的出现。
2017-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing Magnetic Topological Insulator Trilayers for Highly-Efficient Spin-Orbit Torque Switching
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过分子束外延合成磁性拓扑绝缘体三明治，揭示了亚稳态化学势不对称性是磁性拓扑绝缘体三明治中大自旋-轨道扭矩切换比的起源，并建立了量子反常霍尔绝缘体中边缘电流手性电控的路径。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Site-Specific Contributions to the Band Inversion in a Topological Crystalline Insulator
在拓扑晶体绝缘体（TCI）中，体价带和导带的反转是观察表面金属态的必要条件。Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Te的固溶体已被证明是TCI，其中带反转作为与Sn合金化时带隙演变的结果而发生。这种带反转的起源仍然不清楚。本文通过核磁共振（NMR）和输运测量研究了$p$型Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Te系列（其中$x$ = 0、0.35、0.60和1.00）中Sn插入PbTe基质的作用。$^{207}$ Pb、$^{119}$ Sn和$^{125}$ Te的线形、自旋-晶格弛豫速率和奈特位移提供了电子能带结构的位点特异性表征。这种探测的电子能带结构表明，带反转是不受晶格畸变，但有关的空间电子不均匀性所形成的Sn纳入到PbTe矩阵。强相对论效应被认为是负责的带反转，无论载流子类型和浓度，提出了一种新的解释与组合物的带隙演变。的NMR参数的温度依赖性揭示了一个负的温度系数的SnTe和PbTe的正系数的直接带隙。
2015-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computing topological invariants without inversion symmetry
考虑了非中心对称时反（T）不变绝缘体中弱拓扑指数和强拓扑指数的计算问题。在2D中，我们使用对应于在一维中最大局部化的混合Wannier函数的规范。虽然这种规范在双环面上不是光滑的，但它尊重系统的T对称性，并允许用时间反演极化定义Z_2不变量。在3D中，我们将2D方法应用于T不变平面。用第一性原理计算说明了该方法在[001]和[111]应变下对GeTe和HgTe的计算。我们的方法不同于以前使用的非中心对称材料，应该更容易实现从头算代码包。
2011-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching on surface conduction in a topological insulator
本文展示了通过光和电场可控地增强拓扑绝缘体表面导电，并揭示载流子经本征 Schottky 势垒从体态注入表面态的机制。
2023-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk-edge and bulk-hinge correspondence in inversion-symmetric insulators
我们证明了一类三维反演对称高阶拓扑绝缘体（HOTI）的平板在A类中是二维陈氏绝缘体，而在AII类中是二维$Z_2$拓扑绝缘体.我们通过考虑沿平面切割三维反演对称HOTI的过程证明了这一点，并研究了切割过程中的谱流。我们表明，$Z_4$指标，这表明在类A和AII的三维反演对称HOTI，是直接相关的$Z_2$指标，为相应的二维板块与反演对称，即陈数奇偶校验和$Z_2$拓扑不变量，分别为类A和AII。无间隙铰链状态的存在是从板系统与其边缘状态之间的传统体积-边缘对应来理解的。此外，我们还表明，频谱流分析导致另一个证明的散装边缘对应的一维和二维反演对称绝缘体。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current Switching of Topological Spin Chirality in the van der Waals Antiferromagnet Co1/3TaS2
Seoul National University（首尔大学）
研究通过电流切换拓扑自旋手性，揭示了Co₁/₃TaS₂作为新型反铁磁体的特性，为自旋电子学提供新途径。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Three-dimensional band structure of LaSb and CeSb:Absence of band inversion
我们对拓扑绝缘体候选材料LaSb和CeSb进行了角分辨光电子能谱（ARPES）研究。使用软X射线光子，我们已经准确地确定了三维体能带结构，并揭示了在布里渊区角落的带反转-实现拓扑绝缘体相的先决条件-是在LaSb和CeSb都不存在。此外，与用软X射线光子获得的ARPES数据不同，发现用真空紫外（VUV）光子获得的数据遭受显著的$k_z$展宽。这些结果表明，LaSb和CeSb是拓扑平凡的半金属，和不寻常的Dirac-cone类状态观察到的真空紫外光子的拓扑起源。
2017-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Charge-Spin Conversion and Magnetization Switching though Rashba Effect at Topological Insulator/Ag Interface
利用自旋矩铁磁共振技术在三维拓扑绝缘体（TI）Bi 2Se 3和Ag双层膜中观察到了有效的电荷-自旋转换. Bi 2Se 3/Ag/CoFeB异质结构中的自旋轨道扭矩比随着Ag厚度增加到约2nm而显示出显著增强，并且对于5 nm的Ag达到0.5的值，其在室温下比Bi 2Se 3/CoFeB的自旋轨道扭矩比高约3倍。结果表明，Bi 2Se 3/Ag的界面效应超过了Bi 2Se 3层的拓扑表面态（TSS），并在Bi 2Se 3/Ag/CoFeB系统的电荷-自旋转换中起主导作用.基于第一性原理计算，我们将我们的观察归因于大的Rashba分裂带包裹TSS带，并具有相同的净自旋极化方向的TSS的Bi 2 Se 3。随后，我们第一次证明了在5.8 × 10^5 A/cm 2的低电流密度下Bi 2Se 3/Ag/Py中的Rashba诱导磁化翻转。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical analysis of voltage-controlled magnetization switching operation in magnetic-topological-insulator-based devices
本研究通过微磁模拟分析磁性拓扑绝缘体器件中电压控制磁化翻转的写入错误率，发现其对延迟和噪声鲁棒，室温下可实现低至10^-4的WER，且增大SOT可提升热稳定性，为超低功耗自旋电子器件提供新视角。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Evidence for topological band inversion of the phase change material Ge2Sb2Te5
利用角分辨光电子能谱研究了在Si（111）衬底上外延生长的亚稳立方相的三元相变材料Ge_2Sb_2 Te_5。观察到的上部体价带在费米能级E_F以下0.3 eV的γ线处有一个最小值，在γ线周围有一个圆形的费米等高线，其色散直径为0.27-0.36 Δ μ ^-1。这与立方相彼得罗夫堆积序列的密度泛函理论计算一致，立方相表现出拓扑表面状态。拓扑平凡的立方KH堆叠在γ处显示出价带最大值，这与先前对六方稳定相的所有计算一致，对于平凡的Z_2拓扑不变量nu_0，在γ处显示出价带最大值，而对于非平凡的nu_0，远离γ。扫描隧道谱显示在E_F附近的带隙为0.4eV。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic generation and switching of topological quantum phases in a trivial semimetal $α{\mathrm{-EuP}}_3$
拓扑材料由于其丰富的量子特性而引起人们的广泛关注，外尔线和半金属中的本征反常霍尔效应（AHE）就是其中的一个突出例子。然而，带拓扑的外部控制困难一直阻碍着拓扑电子学的实际应用。在这里，我们展示了磁场诱导开关的能带拓扑结构的$α{\mathrm{-EuP}}_3$，磁性半金属的层状晶体结构来自黑磷。当磁场垂直于单斜结构的单镜平面施加时，在某一阈值磁化值处突然出现巨大的AHE信号，从而引起显著大的反常霍尔角$\left|Θ_{\mathrm{AHE}}\right| \sim 20^{\circ}$。当磁场沿层间方向施加时，系统表现出明显的负纵向磁电阻，这打破了镜像对称性。基于电子结构计算和对称性考虑，这些异常的磁输运性质可以被认为是两个不同的拓扑相的表现：拓扑线和Weyl半金属，分别。值得注意的是，螺旋线结构由具有相同自旋特征的带组成，并且跨越费米能级周围的宽能量范围。这些拓扑相通过局域化Eu-4 $f$矩和通过磷层传导的移动载流子之间的交换耦合来稳定。我们的研究结果提供了一个现实的解决方案，外部操纵的能带拓扑结构，丰富了拓扑材料的功能方面。
2022-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Detecting band inversions by measuring the environment: fingerprints of electronic band topology in bulk phonon linewidths
物质的拓扑相和耗散浴之间的相互作用构成了一个新兴的研究课题，与凝聚态，光子晶体，冷原子气体和量子信息有关。虽然最近的研究表明，耗散浴可以诱导拓扑相在本质上平凡的量子材料，拓扑不变量的耗散浴的反作用被忽视。通过探索这种反作用耦合到声子的中心对称狄拉克绝缘体，我们表明，体光学声子的线宽可以包含通用的功能，揭示了电子结构的拓扑结构。这个结果是第一个已知的例子，其中开放量子系统的拓扑相位可以通过测量周围环境的体属性来检测。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two-dimensional Rashba semiconductors and inversion-asymmetric topological insulators in monolayer Janus MAA'ZxZ'(4-x) family
本文通过第一性原理系统研究135种单层Janus MAA'ZxZ'(4-x)材料，发现26种Rashba半导体及多种反演不对称拓扑绝缘体，揭示了Rashba劈裂、能带反转与自旋织构的调控规律，为非线性光电子学提供了候选材料。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
